Techniques

Fluorescence Induite par Laser

La Fluorescence Induite par Laser Planaire (PLIF) est un instrument de diagnostic puissant pour l’investigation des écoulements liquides et gazeux, réactifs ou non réactifs. La PLIF est une technique de visualisation d’écoulement instantanée et non intrusive avec une résolution spatiale et temporelle élevée et s’applique à la détermination de différentes variables d’écoulements dans le plan d’une nappe de lumière laser : concentration (fraction molaire), densité, champs de vitesse et de température peuvent être obtenus à partir des images LIF étalonnées.

La LIF est applicable à un grand nombre de molécules et d’atomes pour les études d’écoulements variés, la combustion et les sprays. La détection LIF d’espèces atomiques est aussi appelée Fluorescence Atomique par Excitation Laser (LEAF). Les espèces en combustion telles que les radicaux de flamme et la plupart des espèces de carburant peuvent être visualisées direvctement en utilisant la LIF. Si l’écoulement ne contient pas d’espèces actives en LIF (telles que N₂, CH₄ ou l’eau), l’ensemencement de l’écoulement en traceurs fluorescents permet l’imagerie de l’écoulement (Traceurs LIF).

L’émission LIF s’étend sur plusieurs longueurs d’onde (spectre d’émission), avec une dominante avec décalage vers le rouge de la lumière laser. Grâce à ce décalage spectral de l’émission LIF, les interférences parasites de la lumière du jour ou la diffusion de Mie peuvent être éliminées aisément.

La LIF est une technique très sélective. Il est possible d’exciter une espèce pour quelle émette de la lumière même en combustion ou des centaines d’espèces différentes sont présentes. Pour des molécules petites, typiquement diatomiques, des états quantiques simples peuvent être détectés afin de déterminer la température des gaz même en condition hors équilibre.

L’imagerie LIF est particulièrement attractive de part le processus d’absorption résonnant en comparaison avec les techniques Rayleigh et Raman non-résonnantes. De part sa sensibilité, la LIF donne la possibilité de détecter des radicaux de flamme ou autres espèces à des niveaux ppm et même sous-ppm. La sensibilité et la sélectivité sont les deux principaux avantages de la technique LIF.

Principe de l’Imagerie LIF

Dans une expérience LIF typique, l’écoulement est éclairé par une nappe laser dont la longueur d’onde a été choisie pour exciter une transition particulière de la molécule (atome) active en LIF. Une fraction des molécules à l’état de base absorbe la lumière incidente et conduit à un niveau électronique d’énergie plus élevé. Une fraction de ces molécules excitées émet de la lumière (fluorescence), le reste retourne au niveau d’énergie initial en transférant l’excès d’énergie à travers un processus de décroissance non radiative tel que la désactivation par collision ou désactivation intramoléculaire.

Pour l’imagerie LIF, le faisceau laser est transformé en nappe, traverse l’écoulement et la lumière fluorescente résultante est recueillie sur une caméra à porte temporelle à travers un filtre.

Le concept d’Imagerie Laser Multi Paramètre LaVision combine l’imagerie LIF de façon unique à la Vélocimétrie par Images de particule (PIV), l’Incandescence Induite par Laser (LII) ou l’Imagerie par Interférométrie de Mie (IMI).